JPH076714A - フラットパネル表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高信頼性で高効率で製造が容易な低コストで
高解像度のフラットパネル表示装置を提供すること 【構成】 画面104と、シート材料108中のアパーチャ11
2と、電子源106とを備えたフラットパネル表示装置100,
362,400,450である。シート材料108と画面104との間に
は電位差が確立される。電子源106は、多数のアパーチ
ャ112の下方に配置され、そのアパーチャ112により、電
子源106から画面104上の異なる位置へと電子が集束され
る。付加的な電極325,350が本表示装置中に配置され
て、画面104に向かって電子の更なる集束および操向が
行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に、ビデオ表示装置
に関し、特に、フラットパネル表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビあるいはコンピュータのコスト、
大きさおよび重量を低減させる上での障害の一つにその
表示装置が挙げられる。高信頼性で効率的かつ製造が容
易な低コストの高解像度フラットパネル表示装置が長年
にわたって追及されてきた。

【０００３】従来のフラットパネル表示装置の一つに、
高電圧に設定された平坦な蛍光面と、低電圧に設定され
た複数の絶縁金属グリッド層とを有するものがある。電
子源から放出された電子は、グリッドを通る伝擂時に金
属グリッドの低電圧によって変調され、および高電圧に
より加速されて、画面上に画像を形成する。この介在す
る金属グリッドは、集束構造として機能する。残念なが
ら、この金属グリッドは高価なものであり、多数の絶縁
金属グリッド層を製作すること、および、その金属グリ
ッド層を高解像度画像用のアパーチャに位置合わせする
ことを高信頼性をもって行うのは困難である。

【０００４】別の従来技術では、画面上の蛍光縞に動的
に変動する電圧を印加する、という方法を用いたものが
ある。これは、アノード切換技術として既知のものであ
る。かかる方法で共通して用いられる電子源は、ゲート
により制御される固体電子放出器である電界放出カソー
ドである。電界放出カソードについては、C.A. Spindt
等の著作による「Physical Properties of thin-film f
ield emission cathodes with molybdenum cones」で説
明されている。画面は、集束用グリッド構造を介在させ
ることなく、電界放出カソードのゲートに非常に近接し
て配置される。多数の蛍光縞上の多数の正電圧により、
電子源からの電子が引きつけられて、画面上に画像が形
成される。

【０００５】画面がゲートに非常に近接している場合、
電圧破壊を防止するために、画面上の電位の大きさはゲ
ートの電位と同等になっている。これは、画面とゲート
との間の電位差が低く、このため、画面に到達する電子
のエネルギーが低くなることを意味しており、その結
果、この表示装置の電子／光変換の効率が低下する。

【０００６】画面に到達しない電子はかなりの数にのぼ
る。それら電子はゲートにより収集される。画面上の電
位がゲートの電位と同等であるため、かなりの数の電子
がゲートにより収集されるという事実は、かなりのパー
センテージの電力が浪費されることを意味する。これに
より、表示装置の電力効率が低下する。

【０００７】また、画像は動的に変動するのが普通であ
る。このため、画面上の各縞毎に動的に電圧を変動させ
なければならない。また、電圧破壊を防止するために、
隣接する縞の間の電界が高すぎてはならない。隣接する
画素間の電圧差が固定であることより、縞同士の間隔が
制限され、その結果、表示装置の解像度が制限されるこ
とになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記より、高信頼性で
高効率で製造が容易な低コストで高解像度のフラットパ
ネル表示装置が必要とされていることが理解されよう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、高信頼性で高
効率で製造が容易な低コストで高解像度のフラットパネ
ル表示装置を提供するものである。また画素の解像度が
高く、卓越した画像コントラストを有する。本表示装置
は、高い電子／光変換効率と高い電力効率とを有するも
のである。

【００１０】本発明の表示装置の一実施例は、電子源と
シート材料中のアパーチャとを用いて画面上に画像を生
成するものである。そのシート材料は、電子源と画面と
の間に配置され、その画面は、電子が衝突した際に可視
光線を放出して画像を形成するものである。

【００１１】画面およびシート材料は異なる電位にあ
り、シート材料中のアパーチャが電子源からのかなりの
量の電子を案内する電子光学レンズとして機能してフラ
ットパネル表示装置の画面上に画像を形成するようにな
っている。

【００１２】本発明の他の特徴および利点は、実施例に
より本発明の原理を例示する図面に関連して以下の詳細
な説明を参照することにより明らかとなろう。

【００１３】

【実施例】本発明は、高信頼性で高効率で製造が容易な
低コストで高解像度のフラットパネル表示装置を提供す
るものである。

【００１４】図１は、本発明の表示装置100の一好適実
施例を示す断面図である。画面104は、好適には蛍光画
面であり、電子源106から隔置されている。シート材料1
08は、アパーチャ112を規定するものであり、これを通
って、電子源106により放出された相当量の電子が移動
して画面104に到達する。電子源106は、好適には、電子
放出器109と、その電子放出器109により放出された多数
の電子の変調を行うゲート107とを備えた電界放出カソ
ードからなる。

【００１５】画面104とシート材料108との間に電位差が
確立され、シート材料108中のアパーチャ112が電子光学
レンズとして機能するようになっている。このレンズ
は、電子源106からの電子126を案内して画面104に衝突
させ、これにより、画面104が画像102という形で可視光
線を放出することになる。

【００１６】図２(A)は、本発明の実施例において電子
光学レンズ123として機能するシート中のアパーチャを
示すものである。画面104に印加される電圧は、シート1
08に印加される電圧よりはるかに高い。画面104とシー
ト108との間に設定される電位差により、複数の等電位
面122が確立される。図２(B)は、電子光学レンズ123の
アパーチャ112の近傍の等電位面151を示すものである。
これらの等電位面151は、シート108の電圧レベルが画面
104の電圧レベルと電子源106のゲート107の電圧レベル
との間にある場合を特徴付けるものである。図２(C)
は、シート材料108の電圧レベルが画面104およびゲート
107の電圧レベルの両者より低い場合におけるアパーチ
ャ112の付近の等電位面153を示すものである。

【００１７】電子光学レンズ123は、アパーチャ112を通
過する電子126を案内して画面上に画像102を形成する。
図３は、電子源106からの電子経路を示す線追跡図であ
る。電子光学レンズ123は、焦点175を規定する焦点距離
ｆ(179)を有する。これは、平行光線が集束する点であ
る。所望の倍率Ｍで画像を生成するためには、電子源10
6は、好適には焦点175からおよそ距離ｘ(177)の位置に
配置され、この距離ｘは、ほぼ次式で与えられる。

【００１８】ｘ ＝ （ｆ／Ｍ） …… (1) 電子光学レンズ一般については、A.B. El-Karehおよび
J.C.J. El-Karehの著作による「Electron Beams, Lense
s and Optics」に説明されている。

【００１９】図４(A)〜(D)は、本好適実施例におけるシ
ート材料の各種の断面構造を示すものである。図４(A)
は、金属シート200からなるシート108Aを示している。
図４(B)は、１片の絶縁体206の両側に１片の金属208を
備えてなるシート108Bを示している。図４(C)は、１片
の絶縁体216の一方の側面214上に１片の金属212を備え
てなるシート108Cを示している。

【００２０】このシート材料の厚さは、そのシート材料
の上面から電子源のゲートまでの距離183に対して小さ
い必要はない。図４(D)に示す好適実施例では、シート
材料は、電子源106のゲート107まで伸張している。シー
ト材料108Dの壁203は、そのシート材料の平面に対して
垂直である必要はない。その壁は、シート平面に対して
斜めの角度を規定するものとすることができる。念のた
めに、シート材料108が「薄く」ない場合には、ゲート1
07に隣接するシート表面に１片の絶縁体を形成するのが
好適である。これにより、ゲート107がシート材料との
導電経路を形成することが防止される。例えば、シート
108Dの表面204は１片の絶縁体201によりゲート107から
絶縁される。

【００２１】シート材料108中のアパーチャ112は、製作
が簡単で安価なものである。ＶＧＡの解像度（640画素
×480画素）を有する6インチ×8インチといった平均的
なサイズの表示装置の場合、その表示装置は無数の画素
を有する。金属グリッドの介在する表示装置では、全て
のアパーチャを多数の画素に位置合わせして多数の絶縁
金属グリッド層を製作するのは困難であり、また高価な
ものとなる。本発明ではシート材料の構造が簡単であ
り、このため、コストおよび複雑さが低減されると共
に、表示装置の製作に係る信頼性が向上する。

【００２２】電子光学レンズ123の形成に加えて、シー
ト108は、電子源106からの望ましくない方向に沿って移
動する電子を捕捉する働きをする。アパーチャ112から
外れた角度で放出された電子がシート108により遮断さ
れるので、電子源106から放出された電子の発散角が制
限される。

【００２３】シート108の他の利点は、典型的な蛍光画
面104では、蛍光体を各画素に堆積させる必要があると
いうことである。シート108は、従来の陰極線管の場合
と同様な方法で蛍光体の堆積のためのマスクをパターン
形成するものとして使用することができる。これは、Ｃ
ＲＴ製作用に開発された完成した技術を用いて電子源と
画面上の蛍光体との間における色の位置合わせ（レジス
トレーション？）を確実に行なうのに役立つ。

【００２４】表示装置100は、多数の画素と、エッジが
くっきりとした解像度と、卓越した色彩度とを有するも
のである。表示装置上の画素数は、アパーチャのサイズ
およびアパーチャの間隔によって決まる。厚さが約50ミ
クロンで、約80ミクロンの幅および約300ミクロンの間
隔を有するアパーチャを有する、10インチ×10インチの
金属シートを製作してＶＧＡの解像度が可能な表示装置
を製作することは困難ではない。

【００２５】画像102のエッジがくっきりとした解像度
は、シートが電子の発散角を制限することによるもので
ある。アパーチャ内の経路に沿って移動する電子だけが
画面104に到達する。電子ビーム182がほぼ平行な場合、
アパーチャ112の境界は画像102のくっきりとした境界線
として作用する。

【００２６】画像102はまた優れた色彩度を有する。こ
れは、通常は異なる色のための画素となる隣接する画素
を励起させることなく、相当量の電子が各画素に収束す
るからである。

【００２７】多数の絶縁金属グリッド層あるいはアノー
ド切換技術を用いる表示装置に比較して、本発明は、高
い電子／光変換効率と高い電力効率を有する。これは、
電子源106がアパーチャ112に近接しており、また画面10
4とシート材料108との間の電位差がシート材料108とゲ
ート107との間の電位差に比べて高いからである。これ
ら特性により、放出された相当量の電子がアパーチャ11
2に到達して画面104に向かって加速される。画面とシー
ト材料との間の電位差が高い場合には、画面に到達する
際の電子のエネルギーが高くなる。これにより、高い電
子／光変換効率が得られる。

【００２８】画面に到達しない電子は、シート材料108
またはゲート107により捕捉される。ゲートおよびシー
ト上の電圧は、画面上の電圧より大幅に低い。電力を
「電圧×電流」と定義した場合、シートおよびゲートに
より捕捉される電子は、極めて小さな電力しか浪費しな
いことになる。従って、この表示装置は、特にアノード
切換技術を用いた表示装置に比べて高い電力効率を有す
る。

【００２９】図５は１つのアパーチャ112に対して互い
に隣接した２つの電子源250,252を備えた好適実施例を
示す断面図である。これら電子源は、その２つの電子源
からの相当量の電子がやはり電子光学レンズにより案内
されて画面104上に互いにかなり離れた２つの画像254,2
56を形成するように配置される。このような構造の場
合、アノード切換技術の場合のように画面上の電圧を変
化させて電子を異なる画素に引きつける必要はない。

【００３０】図６は、カラー表示装置287用の互いに隣
接した３つの電子源275,277,279を示すものである。こ
れら電子源は、その電子源からの相当量の電子が電子光
学レンズにより案内されて画面104上に３つのかなり離
れた画像281,283,285を形成するように配置される。３
本の平行化電子ビーム291,293,295が画面104上の３つの
画素に衝突する。その各画素は異なる蛍光体を有してお
り、その３つの蛍光体が３原色を生成するようになって
いる。電子源の各々を変調することにより、画面104上
に３原色からあらゆる色を生成することができる。

【００３１】画像を増強させるためには、図１あるいは
図６に示す電子源に隣接して複数の電子源を形成する。
図７(A)は電子源からなる３つのグループ302,304,306を
有するシート材料中のアパーチャ300を示す平面図であ
り、例えば、グループ302は電子源308,312,314を有す
る。各グループは、図６中の各電子源による画像を増強
させ、また同電子源に隣接している。図７(B)は、図１
の電子源による画像を増強させ、同電子源に隣接させる
ための１つの電子源グループ318を有するシート材料中
のアパーチャ316を示す平面図である。各電子源グルー
プから放出される電子の少なくとも30％は、表示装置中
の対応する電子光学レンズにより画面へと案内される。
各グループ中の多数の電子源は、均一強度の画像を提供
し、かかる多数の電子源の平均化効果により画像のノイ
ズレベルを低減させる。図７(A),(B)は矩形のアパーチ
ャを示すものであるが、本発明は、アパーチャの形状を
矩形に制限するものではない。

【００３２】図８および図９は、電子を更なる案内を行
うための２つの異なるタイプの電極を示すものである。
図８は、電子を対応する画像に集束させるための一般に
低い電圧を有する一対の集束電極を示している。これら
電極の好適な位置の１つとしては、電子源329に隣接し
た位置がある。かかる電極は、単一の電子源にも１グル
ープの電子源にも適用される。

【００３３】図９は、平行化ビーム354を画面360上の画
素356から画素358へ操向するための一対の操向電極350,
352を示すものである。ビーム354を１画素／色で３つの
異なる画素へ操向することにより、本発明は、電子ドラ
イバを有する電子源の数を１つの表示装置につき３分の
１に低減させる。全アパーチャに対する操向電極は、１
つの電子制御装置のみのもとに一括することができる。
各アパーチャ毎に、ビームは同色へと操向されるが、画
面上の異なる画素がその色を表示するか否かは、それら
の画素に対応する電子源が起動されたか否かで決まる。
ビームが60Hzより高速で操向される場合、見る者には色
の変動は知覚されない。かかる電極は、単一の電子源に
も１グループの電子源にも適用される。図８に示す集束
電極もビームを操向することができ、また図９に示す操
向電極もビームを集束させることができる。

【００３４】画面は平坦なものに制限されるものではな
い。図１０は、湾曲した画面364を備えた本発明の別の
好適実施例362を示すものである。ビームがほぼ平行化
されている場合、画面上の画像は、画面とシートの間隔
には比較的影響されにくい。この特徴により、構造的に
強く平坦な画面より高い圧力に耐えることのできる湾曲
した画面に本発明を適用することが可能となり、従っ
て、上記特徴は有益なものである。

【００３５】本発明は、以下の例を考察することによっ
て更に明確に理解されるであろう。ただし、これらは本
発明の使用例を示すものに過ぎない。

【００３６】図１１および図１２は、本発明の実施態様
例400を示す斜視図および断面図である。図１１は、画
面401と、多数のアパーチャを有するシート材料408と、
多数の電界放出カソードを有する基板410とを示してい
る。

【００３７】図１２は、図１１に示す表示装置のA-A断
面の一部を示すものである。画面401は、画素402,404,4
05等の多数の画素を有し、これらの画素は、約100ミク
ロン離れており、３つの隣接した赤の画素402、緑の画
素404および青の画素405からなるグループとして形成さ
れている。画面401とシート408との間の距離406は約２
(mm)である。シート408は、厚さ約50ミクロンの厚さの
金属シートである。シート408と基板410との間の距離は
約100ミクロンである。基板410は、例えば電子放出器44
2とゲート409とを有するカソード440等の多数の電界放
出カソードを有している。前記電子放出器442の高さは
約１ミクロンである。基板410上には、例えばゲート409
から離れて配置された集束電極407等の、ゲートから離
れて配置された多数の集束電極が存在する。電位差は、
画面401とシート408との間で約7000ボルト、シート408
と電界放出カソードのゲート409との間で約100ボルト、
ゲートとその集束電極との間では０±100ボルト、電子
放出器とそのゲートとの間では50〜100ボルトであり、
これは、電子放出器から放出される必要のある電子の量
によって決まる。

【００３８】図１３は、実施態様例400における４つの
アパーチャ425,427,429,431を有するシート材料408の一
部を示す平面図である。各アパーチャは、図７(A)に示
したアパーチャの場合と同様に、３つの電界放出カソー
ドグループの上方に存在する。例えば、アパーチャ431
はグループ441,443,445を有している。各アパーチャの
寸法435,433は、約75ミクロン×約150ミクロンである。
これらのアパーチャは、そのｘ方向437およびｙ方向439
の双方に約300ミクロンの間隔で周期的に配置されてい
る。

【００３９】上記のような寸法および電圧の場合、電子
光学レンズの焦点距離は、約100ミクロンである。倍率
が４倍の場合には、電子源は、前記の式(1)で示すよう
に、焦点から約25ミクロンの距離に配置される。

【００４０】この実施態様例により予想される解像度は
約50ミクロンである。その電子源から放出される電子の
少なくとも60％が画面に到達すると予想される場合に
は、表示装置の予想電力効率は99.5％を超えるものとな
る。ＶＧＡの解像度を有する表示装置の最小サイズは５
インチ未満になると予想される。

【００４１】図１４(A),(B)は、１つのアパーチャに対
する一対の集束電極の他の好適位置を示すものである。
図１４(A)は、電極447a,447bがアパーチャ446の軸に対
してほぼ垂直であることを示し、図１４(B)は、電極449
a,449bがアパーチャ448の軸に対してほぼ平行であるこ
とを示している。これらの電極は、好適には基板410
上、あるいは基板410とシート材料408との間に配置され
る。

【００４２】図１５は、シート全体にわたるアパーチャ
457を有するシート材料453を備えた別の実施態様例を示
すものである。この細長いアパーチャを有するシート材
料は、延伸させた金属リボンにより形成することができ
る。各アパーチャの下には、電界放出カソードが存在す
る。例えば、カソードグループ461を有するアパーチャ4
57は、好適には図７(A)に示す電子源の場合のように配
置される。グループ中の異なるカソードは、電子的に制
御されて、画面上の異なる画素のために電子を放出す
る。

【００４３】図１６(A),(B)は、２タイプの電界放出カ
ソードを示す側面図である。図１６(A)は、点電子源475
であり、ゲート447と、電子放出器としての円錐部479と
を有している。図１６(B)は、ゲート487と、電子放出器
としての線電子源489とを有する電界放出カソード485を
示している。

【００４４】以上から、本発明は、高信頼性で高効率で
製造が容易な低コストで高解像度のフラットパネル表示
装置を提供するものであることが理解されよう。

【００４５】当業者であれば、上記の説明及び開示され
た本発明の実施態様を考察することにより、本発明の他
の実施態様を考案することは容易であろう。以上の説明
および実施例は、例として掲げたに過ぎず、本発明の真
の範囲および思想は特許請求の範囲に示されている。

【００４６】以下に本発明の実施態様を列挙する。

【００４７】1.フラットパネル表示装置であって、この
表示装置が、第１電子源と、電子の衝突時に可視光を放
出して画像を形成する画面と、前記電子源と前記画面と
の間に配設され、電子が前記電子源から前記画面への移
動時に通過するアパーチャを規定する、シート材料であ
って、このシート材料と前記画面とが異なる電位にあ
り、前記電子源からの相当量の電子を案内する電子光学
レンズとして前記アパーチャが機能して、本フラットパ
ネル表示装置の前記画面上に第１画像を形成するように
した、前記シート材料とからなることを特徴とする、フ
ラットパネル表示装置。

【００４８】2.前記画面が湾曲していることを特徴とす
る、前項1記載のフラットパネル表示装置。

【００４９】3.前記シート材料が金属シートからなるこ
とを特徴とする、前項1記載のフラットパネル表示装
置。

【００５０】4.前記シート材料が、１片の絶縁体上に１
片の金属を設けたものからなることを特徴とする、前項
1記載のフラットパネル表示装置。

【００５１】5.前記第１電子源による画像を増強させ、
その第１電子源に隣接する、複数の電子源を更に備え、
前記電子光学レンズが全ての電子源からの電子の少なく
とも30％を案内して前記アパーチャから前記画面へのほ
ぼ平行化された電子ビームを形成するようにしたことを
特徴とする、前項1記載のフラットパネル表示装置。

【００５２】6.前記シート材料が更に複数のアパーチャ
を規定し、本表示装置が前項5記載の種類の電子源グル
ープを更に備え、各アパーチャが１つの電子源グループ
を有することを特徴とする、前項5記載のフラットパネ
ル表示装置。

【００５３】7.各々が前項8記載の電子源である別の２
つの電子源グループを更に有し、前記電子光学レンズ
が、その３つの電子源グループからの電子の少なくとも
30％を案内してそのアパーチャからの３つのほぼ平行化
された電子ビームにして、本フラットパネル表示装置の
前記画面上に３つの十分に離れた画像を形成するように
したことを特徴とする、前項5記載のフラットパネル表
示装置。

【００５４】8.前記の平行化された電子ビームを操向す
る操向電極を更に備えることを特徴とする、前項5また
は前項7記載のフラットパネル表示装置。

【００５５】9.電子をその対応する画像に向かって集束
させる集束電極を更に備えることを特徴とする、前項1
または前項5あるいは前項7記載のフラットパネル表示装
置。

【００５６】10.前記シート材料が更に複数のアパーチ
ャを形成し、本表示装置が前項7記載の種類の電子源グ
ループを更に備え、各アパーチャが３つの電子源グルー
プを有することを特徴とする、前項7記載のフラットパ
ネル表示装置。

【００５７】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、高
信頼性で高効率で製造が容易な低コストで高解像度のフ
ラットパネル表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適実施例を示す断面図である。

【図２】同実施例で確立される等電位面を示す説明図で
ある。

【図３】同実施例における電子源からの電子経路を示す
電子線追跡図である。

【図４】同実施例におけるシート材料の異なる断面構造
を示す断面図である。

【図５】２つの電子源を備えた本発明の好適実施例を示
す断面図である。

【図６】カラー表示装置用の３つの電子源を備えた本発
明の好適実施例を示す断面図である。

【図７】本発明の好適実施例における多数の電子源を各
々が備えた２つの異なるアパーチャを示す平面図であ
る。

【図８】同実施例において更に電子を案内するための電
極を示す断面図である。

【図９】同実施例において更に電子を案内するための図
８とは異なるタイプの電極を示す断面図である。

【図１０】湾曲した画面を備えた本発明の別の好適実施
例を示す断面図である。

【図１１】本発明の一実施態様例を示す斜視図である。

【図１２】本発明の一実施態様例を示す断面図である。

【図１３】同実施態様例における４つのアパーチャを備
えたシート材料の一部を示す平面図である。

【図１４】同実施態様例における１つのアパーチャに対
する一対の集束電極の異なる位置を示す平面図である。

【図１５】本発明の別の実施態様例を示す斜視図であ
る。

【図１６】同実施態様例のための２タイプの電界放出カ
ソードをそれぞれ示す斜視図および平面図である。

【符号の説明】

100 表示装置 102 画像 104 画面 106 電子源 107 ゲート 108 シート材料 109 電子放出器 112 アパーチャ 126 電子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フラットパネル表示装置であって、この表
   示装置が、 第１電子源と、 電子の衝突時に可視光を放出して画像を形成する画面
   と、 前記電子源と前記画面との間に配設され、電子が前記電
   子源から前記画面への移動時に通過するアパーチャを規
   定する、シート材料であって、このシート材料と前記画
   面とが異なる電位にあり、前記電子源からの相当量の電
   子を案内する電子光学レンズとして前記アパーチャが機
   能して、本フラットパネル表示装置の前記画面上に第１
   画像を形成するようにした、前記シート材料とからなる
   ことを特徴とする、フラットパネル表示装置。